文丨小菲有点烦编辑丨小菲有点烦车齿加工是一种高效的内齿轮和外齿轮加工工艺，刀具和工件在任何给定时间都以多个接触的齿连续啮合，从而实现高生产率和几何精度。
所以刮齿提供了一种有吸引力的成形替代方案，特别是内齿轮的高生产率粗加工和精加工齿轮加工的潜力导致了该技术的快速采用。
过去十年的这一发展得益于动态机床精度的进步以及电动汽车传动系统驱动的需求，但车削的实际应用有时会受到具有挑战性的工艺条件和较小的稳定工艺窗口的阻碍。
这使得刀具和工艺设计成为一项复杂的任务，在此过程中，加工角度从小间隙变为非常负的前角。
车齿轮加工的步骤及其方法首先，内齿轮的刮齿受到刀具、工件和夹紧的几何限制，工件和夹紧需要允许足够的刀具跳动，而且工具轴不得干扰工件或径向或轴向夹紧。
但即使加工过程中的最小后角足够，刀具和工件之间也可能在远离切削刃和前刀面的地方发生后隙面碰撞。
这种碰撞可能会导致类似于工件上意外刀尖退刀或严重刀具故障的效果，这种类型的碰撞需要在工具设计的早期通过几何分析进行检查。
车削过程的运动学基于交叉斜齿轮，刀具的侧面可以类似于正齿轮或斜齿轮，但刀具轮廓偏离理想的渐开线几何形状，因为接触仅限于切削刃，因此接触不会遍布刀具侧面。
刀具和工件在轴交叉角下啮合。
这是在侧面方向上产生切削速度，同时通过相对生成运动创建工件轮廓。
生成运动可以通过调整滚齿或展成磨削等工艺参数，来影响由同一刀具创建的工件侧面或轮廓线，齿轮刮削允许通过上述偏心度实现不对称轮廓变化。
所以可以在机器上进行修改或补偿错误，这对于设置过程非常重要，但当改变工艺运动学以影响工件几何形状时，侧面的潜在碰撞可能再次变得至关重要。
因此，侧面碰撞问题不仅与早期刀具设计相关，而且与工艺设计和调整的后期阶段相关，在理论上，间隙面上的碰撞类似于小齿轮和内齿轮的齿顶干涉。
这种情况下，干涉表现为两个齿轮在作用线之外的接触，这种效应是针对渐开线正齿轮设置进行描述的，它限制了内齿轮和小齿轮之间的最大齿数比。
过盈量可以通过比较工具和工件在小齿轮外径和齿圈内径相交的最关键点处的角位置来计算，还对具有平行轴的设置中的非渐开线齿轮齿形的齿顶干涉进行了建模。
齿轮轮廓可以用样条函数表示，直到目前为止，还缺乏用于计算小齿轮和环形齿轮的交叉螺旋组的齿顶干涉的三维模型，这对于齿轮箱来说不是什么问题，因为这种配置很少被发现。
但是这种模型对于齿轮刮削中的碰撞检测是必要的，还必须考虑偏心加工运动学和锥形刀具几何形状，因为已知这些会影响干涉情况。
过程运动学和坐标系在刨齿中，使用偏心刀具位置和圆柱形刀具的偏心刨齿和使用圆锥刀具的中心刨齿是有区别的，中心齿轮刮削是偏心齿轮刮削的一种特殊形式，其中偏心率为零。
与偏心车削类似，偏心定位会产生一个后角，这个后角是通过几何定义的切削刃形成切屑所必需的，在居中加工的情况下，工具被制造成具有结构间隙角，因此具有圆锥形状。
车齿加工的一般过程运动学，为了描述该过程，使用了三个坐标系：由xm、y m定义的固定坐标系和z m，并工具坐标系为x 0、y 0和z 0，工件坐标系为x 2、y 2和z 2。
偏心刀具定位可以通过刀具偏心率ex 、前刀面偏移e或者工件K 2和刀具K 0的位置角来指定。
干扰分类由于工件轴线与刀具轴线的角度，即使在前刀面中没有碰撞，工件齿隙和刀具间隙面之间也可能发生在前刀面上方的高度处。
沿刀具轴的任何位置都可以用通用前刀面偏移来表示，以计算理想的运动条件，但实际前刀面条件所定义的位置角和刀具轮廓与理想条件存在偏差。
所以刀具与工件发生碰撞，并且根据碰撞所涉及的轮廓片段，可以将其分为三种类型。
在第一种情况下，会发生齿尖干涉，刀尖会穿透工件刀尖的较大区域在工具侧，可能会发生意外的刀尖断裂。
而在工件一侧，碰撞会产生类似于意外齿顶缩减的形状，沿刀具高度变化的运动学导致刀具包络线不对应于渐开线，而是类似于齿根。
相反，第二种类型的碰撞发生在工件和刀具包络线的两个渐开线形状轮廓之间，碰撞从工件尖端开始并延伸到工件侧面。
但由于偏心刀具位置沿刀具高度变化，刀具包络线的轮廓角偏离工件轮廓，刀具包络轮廓显示出相对于工件间隙的旋转偏移。
通常每次改变刀具偏心距，都需要根据方程式单独调整刀具和工件的位置角度，沿工件和刀具的螺旋角变化的位置角，以及固定的齿数比导致刀具包络线相对于工件齿隙的旋转偏移。
这种效应是出现此类啮合干涉的主要原因，第三种干涉情况，工件轮廓的穿透仅发生在工件尖端圆上方，这种情况仅发生在间隙角非常小且螺旋角不利的工艺中。
像这样的过程也不会显示任何工作切屑的形成，所以只有前两种情况对于工业齿轮车削来说是重要的并且需要验证。
而两种相关的干涉类型始终包括工件尖端的边缘，因此只能在工件侧考虑这一点，在刀具侧第一种情况下，头部轮廓起决定性作用，而在第二种情况下，后刀面轮廓起决定性作用。
但由于事先未知碰撞位置，所以必须沿着整个刀具轮廓以及刀具高度进行测试，纵坐标上绘制了一个刀具侧面的所有轮廓点的直径，横坐标上绘制了刀具高度。
无碰撞区域以绿色突出显示，而碰撞关键区域以红色标记，研究也证明了使用圆柱形工具的偏心工艺，碰撞从刀尖开始，并沿着刀具高度进一步到达侧面。
干扰建模根据研究人员提出的I类和II类，相关干涉建模方法是基于离散刀具点与工件齿尖点之间的距离，但为了最大限度地减少计算量，计算是在齐次坐标中进行的。
所以平移和旋转可以描述为线性映射，必须对沿刀具轮廓以及沿刀具高度的离散数量的点进行计算，以便检测两种干扰类型。
而且仅对于干涉类型I，刀具尖端终点就足够了，通常必须计算两个齿面，因为刀具包络线和工件齿槽之间的旋转偏移可能会改变方向。
第一步是沿着刀具高度h 0对刀具轮廓进行建模，虽然圆柱形刀具没有变化，但可以通过不同的方式实现圆锥形后角，以在刀具修整后创建相同的工件轮廓。
一种常见的方法是根据结构后角α c修改刀具轮廓偏移系数x 0，这与锥齿轮不同，只有轮廓位移沿高度变化，因此在整个高度上保持对称的刀具轮廓。
因为这在居中工艺中是必要的，与普通模块m n根据刀具的变化，可以确定轮廓位移Δx的变化，所以齿厚由半角Δψ随工具法向压力角α n的变化来描述。
验证和示例而作为高回火材料车齿研究的一部分，wbk生产技术研究所设计了一种使用圆柱刀具的偏心车齿加工工艺，但工艺设计时没有进行干扰计算。
之后在实验过程中发生I型干涉，导致工件的尖端边缘意外断裂，这种工具由于大规模爆发而失效，这些爆发深入到间隙面中。
通过所提出的模型对干涉情况进行研究表明，在精加工走刀过程中，在刀具高度仅为11.9mm时发生了干涉。
因此，工艺设计适应了25.733°的轴交叉角和32.59°的刀具位置角K 0的增加的偏心率，对两个参数进行迭代优化，以确定无碰撞条件。
但是运动变化在工件上产生了-6和15µm的轮廓角偏差f Hα，在接下来的一组实验中，通过腐蚀、重磨和重新涂覆刀具，刀具高度仅降低至10毫米。
翻新刀具低于计算的最大刀具高度a，使用原始运动学成功地进行了测试，并且工件上没有额外的轮廓误差。
对于这个过程，工具齿数和工具偏心率对最大可用工具高度的影响被作为工具设计中的关键变量进行了研究，虽然减少刀具齿数导致可行刀具高度几乎线性增加。
但通过刀具偏心增加有效后角显示最大刀具高度的初始下降，在这里干涉类型从II型变为I型，可用刀具高度在平台区域之后增加。
并且在刀尖到达工件尖端圆之前到达一个没有任何相互作用的区域，这个过程对于所有对象都是无碰撞的。
由于轮廓角和齿高较小，现代电动汽车变速器中使用的这种类型的齿轮特别容易受到干扰问题的影响，所以中央流程的参数被选为第二个例子。
在设计的设置中，可以使用最大24毫米的刀具高度来执行，但刮齿的优点是，所制造的工件中由操作位移引起的轮廓角偏差可以通过调整运动学来校正。
比如说，通过轴交叉角和刀位偏心距的调整相结合，可以修正一个后刀面的轮廓角偏差，而另一侧保持不变。
对于此过程，所提出的方法用于根据所应用的轮廓角校正来研究最大刀具高度，在直径为135.3和130mm的成形圆之间评估轮廓角偏差。
过程和结果的研究所提出的三维问题的数值模型可用于轻松评估干扰，它适用于带有偏心工艺的锥形刀具和圆柱形刀具，因此适用于所有齿轮刮齿工艺。
数值模型的离散化对计算精度提出了挑战，关键工艺需要沿工具高度的多个点进行测试，测试点的选择和距离可能会限制结果的有效性。
工件与刀具间隙面之间的碰撞分为三种类型，其中只有类型I和II与齿轮刮齿实际相关，对于干扰类型I，模型需要过程运动学、工件尖端形状点和刀具尖端边缘点作为输入。
这些数据通常可以从工具图中提取，为了评估II型干涉，需要测试刀尖的多个点，这为模型增加了新的离散维度，并且必须提供详细的刀具轮廓。
可以假设，通过用经典渐开线轮廓近似工具轮廓来执行对干涉情况的良好估计，而除了模型的这些局限性之外，新方法在工业工作流程中的实施仍有待确定。
车削刀具不一定用于其设计的精确工艺，因为会改变运动参数以优化最终的齿轮质量或切削条件，调整后的参数不得导致冲突。
在实践中，工具制造商可以使用新方法计算并提供运动学参数的可行公差，这一复杂的过程显得必要，因为质量改进轴交叉角和工艺偏心率这两个主要参数也主要影响干涉情况。
在用于齿轮加工的现代机床中心中，通常会自动调整过程运动学以补偿工件误差，用户传输齿轮测量数据，同时机器自动执行必要的运动学适应。
在这种情况下，用户可能不会意识到实际的运动学变化，并且可能会忽略限制，三维啮合干涉的计算应该被实现到机器软件中，以便在计算误差补偿时进行检查。
交叉圆柱和圆锥刀具和斜齿圈配置的啮合干涉，三维建模已成功完成并应用于齿轮刮削，通过计算存在干扰问题的实际过程，成功验证了模型的实施。
减少渐开线正齿轮装置中已知的工具，齿数的积极影响已得到证实，但相比之下，增加刀具偏心率首先会降低最大刀具高度，并且只有大偏心率才能带来显着的好处。
基于锥形工具设计的第二个工艺示例并未显示出对标准工艺的干扰，但当轮廓角仅校正2µm时，仅20mm的刀具高度就会导致碰撞。
而当改变刀具后角或刀具齿数时，可以实现更高的轮廓误差补偿，但对于给定的刀具，误差补偿受到严格限制。
除此之外，还讨论了模型的可管理数值限制，并为工具和机床制造商提出了模型的实施选项，在加工中心和现有设计方法中的实施尚未实现。
但似乎有利于应对当前电动环形齿轮制造的挑战，应该对干涉模型进行分析，以确定是否可以采用基于对生成齿轮进行详细分析以及齿轮理论决定因素的快速分析方法。